数控专业毕业设计(论文)-数控车床加工工艺设计

数控车床加工工艺设计

摘要：数控车削加工设计以机械制造中的工艺基本理论为基础,结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点综合多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题.对零件进行编程加工之前，工艺分析具有非常重要的作用.在比较数控车床加工工艺与传统加工工艺的基础上，对数控车床加工工艺中的关键问题进行了深入分析，总结了数控车床的工艺设计方法。通过实例，证明了正确地进行数控车床加工工艺分析与设计有助于提高零件加工质量和生产效率。本文通过对零件图样分析、工艺路线的拟订、切削用量的选择等几方面进行了介绍.

关键词:数控加工工艺分析图样分析工艺路线

目录

摘要……………………………………………………………………………I

引言.......................................................................................ＩI 第1章数控加工概述 (1)

1。1 数控加工原理........................................................................１1．2 数控加工的特点 (1)

第２章数控加工工艺分析 (3)

２。１机床的合理选用 (3)

2。2 数控加工零件的工艺性分析 (3)

2。3 加工方法的选择与加工方案的确定.............................................３2。4 工艺与工步的划分 (3)

2.5 零件的安装与夹具的选择 (4)

2.6 刀具的选择与切削用量的确定 (5)

２.7 对刀点和换刀点的确定 (5)

2．8 工艺加工路线的确定 (6)

第3章数控车床加工实例 (7)

3。1 零件图样分析 (7)

3。2 工艺措施 (7)

3。3 确认定位基准和装夹方式 (7)

3。４加工路线及进给路线 (8)

３．5 刀具选择 (9)

3.6 工艺卡片…………………………………………………………………1０

3.７切削用量选择.....................................................................１0 3。８数控加工程序单..................................................................１1 第4章数控车加工操作流程 (13)

4。1 开机.................................................................................１3 ４。２参考工艺分析 (13)

4．3 编程.................................................................................1３4．4 模拟.................................................................................1３4。5 用试刀法对刀 (14)

４。6 自动循环加工 (15)

结论…………………………………………………………………………１6 致谢…………………………………………………………………………1７

参考文献………………………………………………………………………1８

引言

制造业是我国国民经济的支柱产业,其增加值约占我国国内生产总值的４０%以上,而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分.２1世纪是科学技术突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是数控技术全面发展的时代。数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展,制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。

数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行,可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工,并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作.车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序,提高加工精度和生产效率,特别适合于复杂形状回转类零件的加工。

数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处,但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工对刀前,要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序,这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础.合格的程序员首先是一个合格的工艺人员,否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序.

本文主要讨论的就是作为制造业的组成部分数控车床。主要内容有关于数控车床的数控加工原理、加工工艺分析、刀具的选用、数控车加工操作流程。

第1章数控加工概述

1.1数控加工原理

当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制,一是控制动作的先后次序,二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的.采用自动机床和仿形机床加工时,上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件,且有一定的灵活性和通用性,但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响,而且工序准备时间也很长。

采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号,从而控制机床各部件协调动作,自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程,制造出任意复杂的零件。数控加工的原理如图1—1所示.

编程部分机床控制部分

图1—１数控加工原理框图

1.２数控加工的特点

总的来说，数控加工有如下特点：

（1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外,其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段,则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度,改善了劳动条件;省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作,有效地提高了生产效率.

(2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时,除了更换刀具和解决毛坯装夹方式

外,只需重新编程即可,不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。

(3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在０。00５~0.01 ｍm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差,提高了批量零件尺寸的一致性,同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度.

(4）易于建立与计算机间的通信联络,容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接,形成CAＤ/CAM一体化系统,并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。

（５) 在可靠性方面，国外数控装置的MTBＦ值已达6 000h以上，伺服系统的MＴB Ｆ值达到30０00h以上,表现出非常高的可靠性。

第2章数控加工工艺分析

2。1机床的合理选用

数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件:

(1)多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。

(2)轮廓形状复杂,或对加工精度要求较高的零件.

(3）用普通机床加工时需用昂贵工艺装备（工具、夹具和模具)的零件。

(4）需要多次改型的零件。

（5)价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件．

(6)需要最短生产周期的急需零件。

2。２数控加工零件的工艺性分析

(１）零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则

(2)零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点

２.３加工方法的选择与加工方案的确定

(1）加工方法的选择

加工方法的选择原则是:同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外，还应考虑生产率和经济性的要求,以及现有生产设备等实际情况。

（2)确定加工方案的原则

零件上精度要求较高的表面加工,常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面,要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最终的加工方案．确定加工方案时,首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能.原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工.

２。４工艺与工步的划分

(1)工序的划分

1)以零件的装夹定位方式划分工序

由于每个零件结构形状不同,各个表面的技术要求也不同，所以在加工中,其定位方式就各有差异.一般加工零件外形时，以内形定位;在加工零件内形时以外形定位。可根据定位方式的不同来划分工序.

2)按粗、精工序划分加工

根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时,可按粗、精加工分开的原则来进行划分工序，即先进行粗加工，再进行精加工。此时可以使用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中,不允许将零件的某一部分表面加工完毕后,再加工零件的其它表面.

为了减少换刀次数，缩短空行程运行时间，减少不必要的定位误差,可以按照使用相同刀具来集中加工工序的方法来进行零件的加工工序划分。尽可能使用同一把刀具加工出能加工到的所有部位,然后再更换另一把刀具加工零件的其它部位。在专用数控机床和加工中心中常常采用这种方法。

(2)工步的划分

工步的划分主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。在一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量对不同的表面进行加工.为了便于分析和描述复杂的零件，在工序内又细分为工步。工步划分的原则是:

1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。

２)对于既有铣削平面又有镗孔加工表面的零件,可按先铣削平面后镗孔进行加工.因为按此方法划分工步,可以提提高孔的加工精度.因为铣削平面时切削力较大，零件易发生变形.先铣平面后镗孔,可以使其有一段时间恢复变形，并减少由此变形引起对孔的精度的影响。

３）按使用刀具来划分工步.某些机床工作台的回转时间比换刀时间短,可以采用按使用刀具划分工步,以减少换刀次数，提高加工效率。

2。5零件的安装与夹具的选择

(1)定位安装的基本原则

1）力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一。

２)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。

3)避免采用占机人工调整加工方案,以便能充分发挥出数控机床的效能。

（２)选择夹具的基本原则

数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件的和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还应该考虑以下几点:

１）当零件加工批量不大时，应该尽量采用组合夹具、可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间,节省生产费用。

2)在成批生产时才考虑使用专用夹具.

３）零件的装卸要快速、方便、可靠,以缩短数控机床的停顿时间.

4）夹具上各零部件应该以不妨碍机床对零件各表面的加工.夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。

2.6刀具的选择与切削用量的确定

(1)刀具的选择

数控加工的刀具材料,要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金；精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并应优选刀具参数.

(2）切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是：粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应该考虑加工成本。半精加工和精加工时,一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和经济性和加工成本。

１）确定切削深度t（mｍ)。

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量,以提高生产效率。

2)确定切削速度V（m/ｍiｎ）。

加大切削速度,也能提高生产效率.但提高生产效率的最有效措施还是应尽可能采

用大的切削深度t。

3)确定进给速度f（mm/miｎ或mm／r).

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数。主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速

度f应该选择得小些．最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。

2.７对刀点和换刀点的确定

选择对刀点的原则是:

(１)选择的对刀点便与数学处理和简化程序编制。

(2)对刀点在机床上容易校准。

(3)加工过程中便于检查。

（4）引起的加工误差小。

2．8工艺加工路线的确定

确定工艺加工路线的原则是：

(1)保证零件的加工精度和表面粗糙度。

（2)方便数值计算，减少编程工作量。

（3)缩短加工运行路线,减少空运行行程。

在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度,需要确定是一次走刀,还是多次走刀来完成切削加工，并确定在数控铣削加工中是采用逆铣加工还是顺铣加工等。

第3章数控车床加工实例

图2-2 数控加工零件图

3。1 零件图样分析

（１)材料选45#中碳热扎钢,无热处理及硬度要求的热扎钢(图2-2 数控加工零件图）

(２)成型表面组成：由圆柱面、圆锥面、球面、圆弧面以及螺纹面组成.各表面精度要求较高以及表面粗糙度要求为Ra1．6，用数控车削均可完成。

(3)轴段右侧有两段顺逆圆弧,应选用机械间隙补偿的数控机床去完成。

3。2工艺措施

(1)尺寸精度要求及表面粗糙度要求,一般取表面粗糙度为七级精度,使用高等精度数控CＪＫ61４０即可保证零件的加工要求,编程时,直接带入具体尺寸。

(2)轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用带机械间隙补偿的数控机床去完成.

（３）各成型表面连接无复杂程度中等，不须用可转位刀片,用一般车削硬质合金刀即可。

(4）选毛坯件：45#碳热扎圆钢,取５0X150mｍ

（５)数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工,使之为48mm，同时获得工件的回转轴线、再平端面。

3.３确定定位基准和装夹方式

(1）定位基准：

Ｘ方向：坯件回转轴线

Z方向：坯件端面

设计基准和定位基准与工艺基准三者重合；在相应加工之前基准端面要先加工。

(2)装夹方式：三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。对坯料多余部分插入主轴内部,加工时依次完成四根轴的加工.在数控机床上分别加工各成型面，最后用切割刀切除。

综上所述，首先在普床上平端面、加工外圆去除表面的余量达到要求，然后把工件放到数控车床上确定左段用三爪自定心卡盘夹持，加工圆球、圆弧、圆锥、倒角、退刀槽及螺纹，最后用切割刀切断即可完成。

(３）装夹图如图3-３所示:

图3－3 装夹图

3.４加工路线及进给路线

（１)粗车外表面

先平端面,然后遵循由粗到精,从右到左(由近到远)的加工原则;加工时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量0．5mm．加工时用复合固定循环中的轴向粗车循环指令(Ｇ7３)自动完成加工,以减少计算时间，方面编程。加工路线如图4—4所示，用一把刀即可完成所以内

容.

图4-4 加工路线及进给路线图

（2)精车外表面

编程时用G７0指令对应Ｇ7１指令进行精车，一刀完成。走刀路线如上图4－4

所示．

（3）槽加工

一刀完成。走刀路线如下图5-５所示:

图5—5 槽加工图

（４)螺纹加工

由于螺纹系易损面,应后加工。编程时可用G9２螺纹循环指令完成加工。走刀路线如如图6-6所示:

图６—6 螺纹加工图

（5)最后用切断刀切断。

3．5 刀具选择

刀具材料为硬质合金，经几何分析sina=ＯＣ/OK=6。5/7。5＝0。866得到a=60度,Kr 大于30为安全。

（1）粗车时循环车削轮廓-—取一般硬质合金9０度右偏刀,从右向左车外廓，副偏角为55度,取nｋ较大的刀以防止干涉，取刀杆直径Ｄ=20mmＸ20mm.

(２)精车轮廓——用硬质合金90度右偏刀，刀尖尖角为55度，刀杆D＝２0mmＸ20

ｍm,为保证刀尖圆角半径r小于结构上最小圆弧半径,取r=0.１５~0.2mｍ。

（3）切槽刀:切削刀宽为５mｍ,刀柄Ｄ=２0mmX2０mｍ。

（4)螺纹刀:使用60度外螺纹硬质合金右刀,刀柄20mmX２0mm。

(５）切割刀：切削刃宽为４ｍｍ，刀柄Ｄ=25mmX２5mｍ

(6）将以上所选定的刀具参数填入如下数控加工刀具卡。

3.６工艺卡片

表1-1 工艺卡片

3。7 切削用量选择

(１)背吃刀量（查课本Ｐ1３６表4—3,精车余量查Ｐ１３3表4—２)

外廓：粗车背吃刀量３.0mm

精车余量背吃刀量０。５mｍ

螺纹：粗车背吃刀量０。4mm 循环依次减少

精车余量背吃刀量0.１ｍm

(２)主轴转速（查课本表４-3并参阅机床手册中“主轴转速”）

该零件的加工面由圆柱、圆锥、螺纹、球面等表面组成,因为工件材料为45#中

碳钢.

3。8数控加工程序单

表2-２数控加工程序单

第4章数控车加工操作流程

4.1、开机

（1)打开电源开关。

(2）打开数控机床开关。

(３）按机床操作面板上［NC启动]按钮。

(4）稍等一点时间,再按［NC准备好]按钮。

（5)回零.

1)先按[X手轮方式],再按[×1０0手轮倍率],逆时针转动[ＦANUC手轮],使刀架

向X方向移动一段距离；再按[Ｚ手轮方式］，逆时针转动[FＡＮＵＣ手轮],使刀架向Z方向移动一段距离。

2)按[回零方式]按钮，再按[←Z轴↑X轴↓Ｘ轴→Z轴］中[↓X轴]、

[→Z轴］按钮。

3)按［POS]按钮，屏幕上出现（Ｘ0。０00 Z0。000），表示机床已经回零。

(6)启动主轴

１）按[编辑方式]，再按［PROＧ］编程按钮，编几个程序段,如

O0０11;

M03S5０0;

Ｔ0101；

2）按［单段]。

3)按[自动方式],再按[循环启动]，机床主轴运转。

4）按[主轴停止]键,机床停止转动。

4。2、参考工艺分析

4。3、编程

注意：编程时,如果出现错误，把光标移到出错的程序段处,用[CAN]擦除，再重新编程;如果对程序段的某个内容要进行修改,则可在下面编上某个正确的内容,然后按［替代］键,修改编程;按[OＥB］键出现(;）;按［IＮPUT］按钮把整个程序段输入编程处。

4.４、模拟

模拟主要检验编程的正确与否.操作步骤：

(１)按[CSTM／GＲ］按钮,出现模拟框图形;

（2)按[机床锁］按钮,再按[自动方式］以及[循环启动］按钮。

（注:模拟以后,要求重新回零,如果自己能确定编程的正确与否,可不用模拟,以节省加工时间,提高加工效率.)

４.5、用试刀法对刀

(１)用三爪卡盘把毛坯的右端夹紧。

(2）装刀。

1)当刀架离工件比较远时,可按［×10０手轮倍率］及[X手轮方式］或［Z手轮方式],转动[FAＮUC手轮],使刀架靠近工件。

2)把外圆车刀装在1号刀位上。试切时,若有凸台或凹坑，证明刀尖与工件轴线不等高，可通过调整垫刀片厚度，使刀尖严格地与工件轴线等高.

（3）试切法对外圆车刀

1）对Z轴。按［×100手轮倍率］及［Ｘ手轮方式］，逆时针转动[FAＮUＣ手轮]，沿X方向较快进给靠近工件,再按［×1０手轮倍率］，用较慢的进给速度车端面,车完端面后,顺时针转动[FANＵC手轮],沿X方向退回，按［主轴停］按钮,停机。按[OFＳET]按钮,移动[←↑↓→]按钮,在屏幕出现[磨损/外形］时,把光标定位在[G ０１ U 0。0０0 W ０.0００］的［W 0。０00]处；在下边［> ]处,输入Z０，再按[刀

的地方就变成［W —665．８

48]，Z方向对刀完毕，如图ａ-a所示。

图 a—ａ

2)对X轴。选较小的切削深度，按［×10手轮倍率]及［Z手轮方式]，逆时针转动[ＦANUC手轮]，车大约1０~15mm长的距离,再顺时针转动[FANUC手轮］,把车刀退至离工件约90ｍm左右,（防止转动刀架时，刀具碰到工件),按[主轴停]按钮，停机。测出所车工件的直径d为32.２mm,在下边[〉］处，输入Ｘ３２。2,按[刀具测量]按钮，再按显示器上相对应的［测量］键,在原先[U 0。00０]的地方就变成[Ｕ—4０8．340]。

（4）输入磨耗值。

按［磨损/外形]的磨损下边的键，出现［偏置/磨损]时，先用光标移动在W０1的Ｕ值上,输入磨耗值０。5mm。

４.6、自动循环加工

（1)粗加工及半精加工

1)按［编辑方式],再按［PROG]编程按钮，出现O０001程序；

２)按[自动加工］,再按［单段],把［进给倍率］打到［×6０]处，再按[加工循环],机床开始单段循环加工,当车刀走完一段程序段后，［加工循环］指示灯灭,需再按[加工循环],使程序继续往下运行。

3)当程序一次运行结束后,可把[进给倍率]打到［×80］或[×1００］处,并取消［单段］，使工件连续循环加;当粗加工循环结束后,进入半精加工循环时，可按[转速升］，并把［进给倍率]打到处.

4）加工完毕,用千分尺进行测量,如果尺寸没达到要求，则需进行精加工。

（2)精加工

1)如果用千分尺测量尺寸还大０.3ｍm,则修改磨耗值(０.5—0.３)为0。2mm,在[偏置/磨损］时，先用光标移动在W01的U值上，输入磨耗值０.2mm。

2）按[自动加工］,再按［加工循环］,机床开始循环精加工．如果尺寸还大一点,只要再修改磨耗值即可。

结论

数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成的数控加工工艺对刀具系统中完成的。数控机床是零件加工与对刀的工作机械，刀具直接对零件进行切削,夹具用来固定被加工零件并使之占有正确的位置,加工程序控制刀具与工件之间的相对运动轨迹。数控加工工艺对刀系统的好坏直接影响零件的加工精度和表面质量。

通过这次的设计实训，实我收益非浅。这次设计在老师指导和同学的帮助下，使我对数控加工工艺对刀的整个工作有了进一步的了解，知道数控加工工艺对刀的设计的基本步骤.选择数控加工工艺对刀设计时要注意的基本问题,而且对CAD的操作有了进一步的了解,巩固了我以前所学的基础知识。

通过这段时间的努力，我终于完成了这次设计,在这个短暂的日子里，我学会了很多以前没有学到的知识,同时也看到了我的不足。

在设计中，我学会了设计的基础知识，能够独立的完成设计,并且有种从未有过的成就感.在设计中，有很多东西是我在平时学习中学不到的，因为它积聚了以前所学的知识。虽然在这次设计中困难重重,但通过老师和同学的指导和支持,我终于走过来了.它让我看到了团结的力量,体会到了胜利的喜悦.